文档文本内容
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第02 讲 原子结构与性质
目录
01
考情解码·命题预警
02 体系构建·思维可视...........................................................................................................................
03 核心突破·靶向攻坚...........................................................................................................................
考点一 原子结构...............................................................................................................................
知识点1 原子结构........................................................................................................................................
知识点2 元素、核素、同位素....................................................................................................................
考向1 考查原子结构....................................................................................................................................
考向2 考查核反应方程的简单分析............................................................................................................
【思维建模】核反应方程分析思路
考向3 考查“五同”概念辨析....................................................................................................................
【思维建模】“五同”概念的比较
考点二 原子核外电子运动状态.........................................................................................................
知识点1 电子的运动特征............................................................................................................................
知识点2 能层与能级....................................................................................................................................
知识点3 原子轨道........................................................................................................................................
知识点4 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则............................................................................
知识点5 原子核外电子运动状态的描述—四个量子数...........................................................................
知识点6 原子状态与原子光谱....................................................................................................................
考向1 能层、能级、原子轨道....................................................................................................................
考向2 核外电子排布的规范书写.................................................................................................................
【思维建模】核外电子排布表示的书写策略
考向3 电子跃迁与原子光谱........................................................................................................................
04 真题溯源·考向感知............................................................................................................................
1
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考点要求
考查形式
2025 年
2024 年
2023 年
原子结构
选择题
非选择题
江苏卷T2，3 分
江苏卷T5，3 分
湖北卷T12，3 分
北京卷T1，3 分
河北卷T8，3 分
甘肃卷T2，3 分
湖南卷T2，3 分
江苏卷T5，3 分
原子核外电子运
动状态
选择题
非选择题
北京卷T2，3 分
陕晋宁青卷T2，3 分
甘肃卷T2，3 分
浙江1 月卷T2，3 分
北京卷T15(1)
浙江1 月卷T17(1)
江苏卷T4，3 分
山东卷T3，3 分
海南卷T11，4 分
北京卷T2，3 分
浙江1 月卷T3，2 分
考情分析：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题为主，非选择题偶而也呈现，考查内容主要有以下3 个方
面：(1)原子结构，元素、核素、同位素、同素异形体概念的辨析。(2)原子中质量数、质子数、中子数、核
外电子数之间的相互关系及计算。(3)根据原子核外电子排布判断元素种类、书写电子排布式和电子排布
图。
2．从命题思路上看，仍以选择题的形式为主，可以最新的科技成果、新闻事件为背景，考查原子结构、
同位素、核素知识，核外电子排布表达式的正误判断。在非选择题中可以直接考查电子排布式和电子排布
图的书写，利用核外电子排布推断元素等。
复习目标：
1．能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异，明确核素的涵义。
2．能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36 号元素基态原子的核外电子排布式和电子排布
图。
2
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考点一 原子结构
知识点1 原子结构
1．原子结构——核素的表示方法
2．微粒之间的等式关系
(1)质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；
(2)电性关系：
①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；
②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。
③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。
3
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3．微粒符号周围数字的含义
得分速记
(1)原子中不一定都含有中子，如H 中没有中子。
(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
(3)易失去1 个电子形成＋1 价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1 个电子形成H＋。
(4)形成稳定结构的离子最外层不一定是8 个电子，如Li＋为2 个电子稳定结构。
知识点2 元素、核素、同位素
1．元素、核素、同位素的概念及相互关系
2．同位素的特征
①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。
3．同位素的“六同三不同”
4．常见的重要核素及其应用
核素
U
C
H(D)
H(T)
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
5．元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118 种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118 种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如H、H；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相
同的质量数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、
HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。
4
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他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
6．相对原子质量
(1)原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个
12C 质量的的比值。一种元素有几种
同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
(2)元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原
子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…
=1。
(3)核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
(4)元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子
所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
7．核反应方程
①卢瑟福发现质子：N＋He→O＋H
②查德威克发现中子：Be＋H→C＋n
③铀核裂变反应：U＋n→Kr＋Ba＋3n
④氘核与氚核聚变反应：H＋H→He＋n
考向1 考查原子结构
例1(2025·北京丰台二模)我国首次制备出丰度超过99%的
64Ni。
64Ni 经质子束流轰击可获得具有放射
性的医用核素
64Cu。下列说法不正确的是( )
A．Ni 属于d 区元素
B．
64Ni 原子核内中子数是36
C．
64Ni 与
互为同位素
D．
64Ni 经质子束流轰击获得
64Cu 的过程不属于化学变化
【答案】C
【解析】A 项，Ni 元素价层电子排布式为：3d84s2，所以Ni 属于d 区元素，A 不符合题意；B 项，原
子中满足：质子数＋中子数＝质量数，
64Ni 的原子序数为28，
64Ni 原子的质量数为64，原子中满足：原子
序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数，
64Ni 中中子数为64-28＝36，所以
64Ni 的中子数为36，B 不符合
题意；C 项，同位素的定义是质子数相同，中子数不同的原子间互称同位素，同位素一定是同种元素，而
64Ni 与
64Cu 不是同一元素，所以不是同位素，C 符合题意；D 项，化学变化的最小粒子是原子，而
64Ni 经
质子束流轰击获得
64Cu 是在原子核层面上发生的变化，其不属于化学变化，正确，D 不符合题意；故选
C。
【变式训练1·变考法】40
19X、40
18Z、40
19Q、40
20R+、41
20M 5 种微粒，所属元素的种类有( )
A．2 种 B．3 种 C．4 种 D．5 种
【答案】B
5
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【解析】
40
19X、
40
19Q 的质子数相同，所以是同一元素；
40
20R2+、
41
20M 的质子数相同，所以是同一元素，
41
20M 是原子， 40
20R2+是离子；
40
18Z 是质子数为18 的元素；所以共有3 种元素，质子数分别为18、19、
20，故选B。
【变式训练1·变题型】(2025·北京高三模拟预测)99Tc 的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所
需的时间)长达
年。下列说法正确的是( )
A．
99Tc 的原子核内有43 个中子
B．
99Tc 的半衰期长，说明在化学反应中
99Tc 难以失去电子
C．基态
99Tc 原子中有7 个单电子
D．Tc 位于第五周期Ⅶ
族
【答案】D
【解析】A 项，
99Tc 的原子核内有43 个质子，中子数=99-43=56 个，A 错误；B 项，
99Tc 的半衰期长
是原子核内的变化，不能说明在化学反应中
99Tc 难以失去电子，B 错误；C 项，基态
99Tc 原子价电子排布
式为4d55s2 ，基态
99Tc 原子中有5 个单电子，C 错误；D 项，基态Tc 原子价电子排布式为4d55s2，位于第
五周期ⅦB 族，D 正确；故选D。
【变式训练3·变题型】(2025·北京朝阳高三模拟)钪(21Sc)是极为稀有的战略性关键金属。翟钪闪石是在
我国境内发现的第一个含钪新矿物，理想化学式为
。下列说法不正确的是( )
A．电负性：
B．
位于元素周期表
区
C．原子半径：
D．
位于元素周期表第三周期第ⅣA 族
【答案】B
【解析】A 项，同周期从左到右，电负性依次增大，所以电负性：F>O，故A 正确；B 项，Sc 是21
号元素，基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d14s2，位于元素周期表d 区，故B 错误；C 项，同周期
自左而右，原子半径依次减小，所以原子半径：Na＞Mg，故C 正确；D 项，Si 是14 号元素，基态原子核
外电子排布式1s22s22p63s23p2，位于元素周期表第三周期第ⅣA 族，故D 正确；故选B。
考向2 考查核反应方程的简单分析
例2 核反应
和
为研究原子结构和发现新原子做出了重要贡献。下列
说法错误的是( )
A．c=13b
B．X、Y、Z 形成的单质分子均为非极性分子
C．Q、R 为质量数相同的不同核素
D．基态 W 与Z 原子核外电子的空间运动状态种类相等
【答案】B
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【解析】由信息推知：W、X、Y、Z 分别为He、N、O、H，核素R 的质子数为91、质量数为234；
【解析】A 项，根据分析可知，
，A 项正确；B 项，X 可以形成O2、O3两种单质
分子，O3为极性分子，B 项错误；C 项，Q、R 为质量数相同、质子数不同的不同核素，C 项正确；D 项，
电子的空间运动状态数等于原子轨道数，基态He 和H 原子均只有1s 轨道，故空间运动状态种类相等，D
项正确；故选B。
思维建模 核反应方程分析思路
(1)质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核反应前后相等；
(2)电荷数守恒：各微粒左下角数字之和(正电荷数)在核反应前后相等
例：碳14 的β 衰变：C→N＋e
质量数守恒表达式：14＝14＋0；电荷数守恒表达式：6＝7－1。
【海洋与学科知识结合】【变式训练1】海洋中蕴含着极为丰富的氘和氚元素，以重水和
超重水的形式存在。氘和氚元素发生热核聚变
时放出巨大的能量，是正在重点攻克的
能源难题。下列说法错误的是( )
A．
和
属于同位素性 B．X 为中子
C．核聚变的产物对环境更友好 D．
与
的沸点相同
【答案】D
【解析】A 项，
和
均为氢元素，质子数相同，中子数不同，属于同位素，A 正确；B 项，根据
守恒关系，X 为中子
，B 正确； C 项，相比于核裂变产物，核聚变的产物为
，无放射性，对环境更
友好，C 正确；D 项，
与
的相对分子质量不同，分子间的范德华力
更大，
沸点更高，D 错
误。故选D。
【变式训练2·变载体】科学家利用
粒子(即氦核
)进行多种核反应：
、
。已知
和
都具有放射性，下列说法错误的是
A．X 元素位于元素周期表的第二周期第ⅥA 族
B．
和
互为同位素，化学性质相同
C．
、
都可作为示踪原子
D．核反应产生的能量可用于发电，属于化学能转化为电能
【答案】D
【解析】A 项，因为核反应过程中电子数不变，由题意可推出Z=8，所以X 是O，位于元素周期表中
第二周期第ⅥA 族，A 正确；B 项，同位素的化学性质几乎相同，B 正确；C 项，由于
、
都具有放
射性，所以均可作为示踪原子，C 正确；D 项，核反应不属于化学反应的范畴，利用核反应产生的能量发
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电是将核能转化为电能，D 错误；故选D。
【变式训练3·变载体】卢瑟福发现质子的核反应为
；卢瑟福的学生查德威克发现中
子的核反应为
。下列说法错误的是
A．Y 元素的第一电离能高于同周期相邻元素的
B．元素的电负性：
C．
和
的简单氢化物中中心原子的价层电子对数目相同
D．
的空间结构为直线形
【答案】B
【解析】由和结合质子守恒、质量守恒可知X 为氧元素、Y 为铍元素、Z 为碳元素，据此回答。
【解析】A 项，同周期第一电离能从左向右递增，铍在第ⅡA 族，处于全充满结构，第一电离能大于
相邻元素，铍大于硼，故A 项正确；B 项，同周期电负性从左向右递增，且氢元素大于铍元素，所以元素
电负性X>H>Y，故B 项错误；C 项，X 和Z 的简单氢化物分别为H2O 和CH4，其中心原子的价层电子对
数均是4，故C 项正确；D 项，ZX2即为CO2，其中心原子杂化方式为sp，所以空间结构为直线形，故D
项正确；故本题选B。
考向3 考查“五同”概念辨析
例3 下列说法正确的是( )
A．蔗糖和麦芽糖互为同分异构体
B．甲醇和乙二醇均含有羟基，互为同系物
C．金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石转化为石墨是物理变化
D．
、
互为同位素，它们的质量数、中子数、电子数均不同
【答案】A
【解析】A 项，蔗糖和麦芽糖的分子式都为C12H22O11，但两者结构不同，互为同分异构体，A 正确；
B 项，甲醇分子中只有一个羟基，而乙二醇分子是含有两个羟基，二者的分子式通式不同，因此二者不能
互为同系物，B 错误；C 项，金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的不同的单质，三者互为同素异形体，金
刚石与石墨是不同的物质，所以金刚石转化为石墨的变化属于化学变化，C 错误；D 项， 12C、
14C 质子数
相同，而中子数不同，所以互为同位素，由于原子核外电子数等于原子核内质子数，所以两种原子的电子
数相同，D 错误；故选A。
思维建模 “五同”概念的比较
\s\up11(
比较)
定义
比较对象
分子式
结构
性质
同位素
质子数相同、
中子数不同的
核素(原子)互
称为同位素
核素(原子)
符号表示不
同，如：H、
H、H
电子排布相
同，原子核结
构不同
物理性质不相
同，化学性质
相同
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同素异形体
同一元素组成
的不同单质
单质
元素符号表示
相同，分子式
可不同，如：
金刚石和石
墨、O2和O3
单质的组成或
结构不同
物理性质不
同，化学性质
相似
同分异构体
分子式相同，
结构不同的化
合物互称为同
分异构体
化合物
相同
不同
物理性质不
同，化学性质
不一定相同
同种物质
分子式和结构
式都相同的物
质
－
相同
相同
相同
同系物
结构相似，分
子组成上相差
若干个CH2原
子团的有机物
化合物
不相同
相似
物理性质不
同，化学性质
相似
【变式训练1·变载体】下列说法正确的是( )
A．油酸与丙烯酸互为同系物 B．H2与T2互为同素异形体
C．
14N 和
14C 互为同位素 D．CH3OCHO 与HCOOCH3互为同分异构体
【答案】A
【解析】A 项，油酸与丙烯酸均各含1 个碳碳双键、1 个羧基，结构相似、组成上差15 个CH2，互为
同系物，A 正确；B 项，H2与T2均是氢分子、不互为同素异形体，B 错误；C 项，
14N 和
14C 的质子数不相
同，不是同种元素，不互为同位素，C 错误；D 项，CH3OCHO 与HCOOCH3均为甲酸甲酯，不互为同分
异构体，D 错误；故选A。
【变式训练2·变载体】下列说法正确的是( )
A．1H-、2H、3H+具有相同质子数，互为同位素 B．乙酸、硬脂酸互为同系物
C．乙醇和乙醚互为同分异构体 D．碘和碘蒸气互为同素异形体
【答案】B
【解析】A 项，1H-、3H+均不是原子，故不是同位素，A 错误；B 项，乙酸、硬脂酸均为饱和脂肪酸，
互为同系物，B 正确；C 项，乙醇分子式为C2H6O，乙醚分子式为C4H10O，不是同分异构体，C 错误；D
项，碘和碘蒸气的分子式均为I2，是同一物质的不同状态，D 错误；故选B。
【变式训练3·变载体】下列说法正确的是( )
A．
18O2和
16O3互为同位素 B．S6和S8互为同素异形体
C．CH3COOCH3 与CH3OCHO 不互为同系物 D．
与
互为同分异构体
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【答案】B
【解析】A 项，
18O2和
16O3是由同位素原子构成的分子，而不是原子，因此二者不能互为同位素，A
错误；B 项，S6和S8属于不同的单质，且都是由硫元素组成的构成，故互为同素异形体，故B 正确；D 项，
CH3COOCH3 与CH3OCHO 均为酯类，组成上相差1 个CH2，互为同系物，C 错误；D 项，同分异构体是
分子式相同结构不同的有机物的互称，
与
的碳原子个数不同，分子式不同，不可能
互为同分异构体，故D 错误；故选B。
考点二 原子核外电子运动状态
知识点1 电子的运动特征
电子是质量轻、带负电的微观粒子，并具有波粒二象性。电子可以在原子内部进行圆周运动，运动速
度很快，接近光速，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘运动轨迹。
知识点2 能层与能级
1．能层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用n 表示。n 值
越大，能量越高。
2．能级
(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。
(2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f 组合在一起来表示，如n 能层的能级按能量由低到高的
顺序排列为n s 、n p 、n d 、n f 等。
(3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3s
、
3p
、
3d
能级。
(4)s、p、d、f 能级可容纳的电子数为1、3、5、7 的二倍。
3．能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
能层(n)
一
二
三
四
五
六
七
…
符号
K
L
M
N
O
P
Q
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
…
…
…
容纳最
多电子
数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
…
…
2
8
18
32
……
…
…
2n2
得分速记
(1)能层数＝电子层数。
(2)第一能层(K)，只有s 能级；第二能层(L)，有s、p 两种能级，p 能级上有三个原子轨道px、py、pz，
它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d 三种能级。
知识点3 原子轨道
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1．电子云：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密
度
分布的形象化描述。
小黑点越密，表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电
子云。
2．电子轮廓图：
概率密度为
90%
的
电子云图，s 电子云轮廓图是球形；p 电子云轮廓图是哑铃形，p 电子云有三种伸展
方向(px，py，pz，它们相互垂直)，即p 能级电子有3 个伸展方向；d 能级电子有5 个伸展方向；f 能级电子
有7 个伸展方向。
3．原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，即电子云的伸展
方向。
符号
s
p
d
电子云形状
球形
纺锤形或哑铃形
花瓣形
轨道个数
1
3
5
4．轨道能量
①同能层的不同能级能量s<p<d<f。
②不同能层相同能级的能量1s<2s<3s……，2p<3p<4p……，半径随能层增大而增大。
③同能层同能级不同轨道能量相同，如2px＝2py＝2pz。
得分速记
各种特征的电子(以Mn 为例，1s22s22p63s23p63d54s2)
(1)不同运动状态的电子数：25
(2)不同空间运动状态的电子数：15
(3)形状不同的电子云种类：3
(4)不同能级(能量)的电子种类：7
(5)最高能级的电子数：5
(6)最高能层的电子数：2
知识点4 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则
1．构造原理：随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个
电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。
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2．核外电子排布的三个规律
能量最
低原理
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态
泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳2 个
自旋状态相反的电子
洪特规则
当电子排布在同一能级的不同简并轨道时，基态原子中的电子总是优先单
独占据一个轨道，而且自旋状态相同
3．核外电子排布表示方法
表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式
1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
4
简化电子排布式
[Ne]3s
2 3p
4
电子排布图(轨道表示式)
价电子排布式
3s
2 3p
4
4．基态原子核外电子排布
(1)21~30 号：［Ar］3dx4s2
(2)31~36 号：［Ar］3d104s24px
①
一般最后1 位数是几，x 就等于几
①
最后1 位数是几，x 就等于几
②
24Cr：［Ar］3d44s2→［
Ar
］
3d
5 4s
1
②
32Ge：［
Ar
］
3d
10 4s
2 4p
2
③
29Cu：［Ar］3d94s2→［
Ar
］
3d
10 4s
1
③
34Se：［
Ar
］
3d
10 4s
2 4p
4
5．价电子(外围电子、特征电子)
(1)
21~30 号：
3d 和4s 上的电子数之和
(2)
主族元素：
最外层电子数
(3)
过渡金属原
子：
除Cu 和Cr 原子最外层有1 个电子外，其余的元素的原子最外层都有
2 个电子
(4)
过渡金属离子
的价电子构
优先失去最外层电子数
原子
Fe
Co
Cu
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型：
(5)
元素的最高
价：
等于价电子数
元素
Cr
Fe
Mn
As
价电子构
型
3d
5 4s
1
3d
4 4s
2
3d
5 4s
2
4s
2 4p
3
最高价
+6
+8
+7
+5
得分速记
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，如
24Cr 的电子排布式为[Ar]3d54s1,
29Cu 的电子排布式为[Ar]3d104s1。
6．基态原子核外电子排布的表示方法(以铁原子为例)
(1)各类要求的电子排布式
①电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2
②简化电子排布式：［
Ar
］
3d
6 4s
2
③价电子(外围电子、特征电子)排布式：3d
6 4s
2
④最外层电子排布式：4s
2
⑤M 层电子排布式：3s
2 3p
6 3d
6
⑥最高能级电子排布式：3d
6
(2)各类要求的电子排布图
①电子排布图：
②轨道表示式：
③价电子排布图：
④原子结构示意图：
知识点5 原子核外电子运动状态的描述—四个量子数
1.主量子数n，n＝1，2，3，4，……(只能取正整数)，描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近
(对应不同的能层)，用K、L、M、N 等符号表示，决定电子能量高低。
2.角量子数l，l＝0，1，2，3……n－1(取值受n 的限制)，描述原子轨道或电子云的形状(对应不同的
能级)，用s、p、d、f 等符号表示，与主量子数n 共同决定电子的能量。
3.磁量子数m，m＝0，±1，±2，……±l(取值受l 的限制)，描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向
(对应不同的原子轨道)。
价电子构
型
3d
6 4s
2
3d
7 4s
2
3d
10 4s
1
离子
Fe2+
Fe3+
Co2+
Co3+
Cu+
Cu2+
价电子构
型
3d
6
3d
5
3d
7
3d
6
3d
10
3d
9
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4.自旋磁量子数ms，ms＝±，表示同一原子轨道中电子的两种自旋状态。如对于基态的氟原子，其价
电子自旋磁量子数的代数和为＋或－，即：F 原子核外电子数为9，基态氟原子核外电子排布式为
1s22s22p5，其价电子排布式为2s22p5，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，则价电子自旋磁
量子数的代数和为×4＋×3＝＋，也可以是×3＋×4＝－。
知识点6 原子状态与原子光谱
1．基态原子：处于最低能量的原子。
2．激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。
3．原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素
原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
(1)测量光谱仪器：光谱仪
(2)光谱图上数据：波长
(3)光谱类型：线状光谱
①发射光谱：1s22s22p63s23p34s1→1s22s22p63s23p4
②吸收光谱：1s22s22p3→1s22s22p13s2
4．光谱分析的应用：
(1)在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
(2)生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光
等都与核外电子跃迁释放能量有关。
得分速记
(1)可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。
(2)焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色反应是物理变化过程，不属于化学变化。
考向1 能层、能级、原子轨道
例1 下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是( )
A．核外电子是分层运动的
B．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确
14
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定
C．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层
的最多轨道数
D．电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关
【答案】C
【解析】电子所具有的能量不同，就会在不同的能层上运动，A 项正确；电子运动状态是由能层、能
级、电子云的空间伸展方向以及电子自旋状态共同决定的，B 项正确；同一能级的电子具有相同的能量，
与电子云的空间伸展方向无关，与其自旋状态也无关，D 项正确；能层数确定能层中的最多原子轨道数，
C 项错误。
【变式训练1·变考法】下列说法中正确的是( )
A．1s 电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
B．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多
C．ns 能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d 能级有3 个轨道
【答案】C
【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密
表示电子出现概率的大小，A、B 项错误；3d3表示第三能层d 能级有3 个电子，d 能级有5 个轨道，D 项
错误。
【变式训练2·变载体】下列对核外电子运动状态的描述正确的是( )
A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．能层数为3 时，有3s、3p、3d、3f 四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
【答案】D
【解析】A 项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，没有固定的运动轨道。
B 项，第三能层只有3s、3p、3d 三个能级，而3s 能级有1 个轨道、3p 能级有3 个轨道、3d 能级有5 个轨
道，故第三能层有9 个轨道。C 项，氢原子中只有1 个电子，只填充1s 轨道，但还存在其他空轨道。D 项，
电子的运动状态与能层、能级、原子轨道和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的
运动状态。
【变式训练3·变载体】下列说法中，正确的是( )
A．p 能级能量一定比s 能级的能量高
B．2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多
C．2s 轨道比1s 轨道大，其空间包含了1s 轨道
D．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量不相等
【答案】C
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【解析】A 项，p 能级能量不一定比s 能级的能量高，如2p 的能量小于3s，A 错误；B 项，同一原子
中，各p 能级的轨道数都为3，B 错误；C 项，从空间角度看，2s 轨道空间包含了1s 轨道，比1s 轨道大，
C 正确；D 项，2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等，D 错误；故选C
考向2 核外电子排布的规范书写
例2 下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是( )
选项
电子排布式或轨道表示式
评价
A
N 原子的轨道表示式：
错误；违反洪特规则
B
O 原子的轨道表示式：
错误；违反泡利不相容原理
C
K 原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1
错误；违反能量最低原理
D
Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
错误；违反能量最低原理
【答案】C
【解析】A 项，相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，A 不符合题意；B 项，
电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B 不符合题意；C 项，K 原子的电子排布式：
1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，C 符合题意；D 项，Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价
错误，D 不符合题意；故选C。
思维建模 核外电子排布表示的书写策略
(1)基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法
以硫原子为例
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图
(或轨道表示式)
价层电子排布式
3s23p4
(2)核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
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【变式训练1·变题型】知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排
布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是
( )
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解析】根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋状
态相同，故排除A、C 两项；根据泡利原理知，一个原子轨道最多容纳2 个电子，且自旋状态相反，故排
除B 项。
【人体健康与学科知识结合】【变式训练2】磷、氮、铁、氧存在于人体所有细胞中，是
人体健康不可缺少的元素，而成年人体内铁元素的含量约为3~5 g，其中2/3 集中在血红蛋白内。下列说
法中不正确的是( )
A．基态P 原子的核外有3 个未成对电子
B．1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式
C．Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5
D．基态氮原子的最外层轨道表示式为
【答案】D
【解析】磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，3p 轨道上有3 个自旋方向相同的未成对电子，A
正确；基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4，1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式，B 正确；
Fe 失去电子形成Fe3+时，最外层电子排布式为3s23p63d5，C 正确；根据洪特规则可知，基态N 原子2p 轨
道电子的自旋方向应该相同，正确的轨道表示式为
，D 错误。
【变式训练3·变考法】下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是( )
A．3p 能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．M 层全充满而N 层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
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C．最外层电子数是核外电子总数的
1
5的原子和价电子排布式为4s24p5的原子
D．2p 能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布式为2s22p5的原子
【答案】B
【解析】A 项，3p 能级有一个空轨道，说明3p 能级有2 个电子，3s 能级肯定已填满，价电子排布式
为3s23p2，因此A 中两微粒相同，不符合题意。B 项，M 层全充满而N 层为4s2，M 层上有d 轨道，即价
电子排布为3d104s2，应该是锌元素，3d64s2是铁元素的价电子排布式，符合题意。C 项，价电子排布式为
4s24p5，则3d 能级已排满10 个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数是核外电
子总数的
1
5的原子，可按下述方法讨论：若最外层电子数为1，核外电子总数为5，不可能；最外层电子数
为2，核外电子总数为10，不可能；同理，只有最外层电子数为7，核外电子总数为35 时合理，其电子排
布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同种元素的原子，不符合题意。D 项，2p 能级有一个未成对电
子，可以是2p1，也可以是2p5，因此二者不一定属于同种元素的原子，不符合题意。
考向3 电子跃迁与原子光谱
例3 下列有关原子光谱的说法正确的是( )
A．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
B．树林中的丁达尔效应与原子核外电子的跃迁有关
C．电子由低能级跃迁至较高能级时，一定发生的是化学变化
D．现代化学中常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
【答案】D
【解析】A 项，原子光谱有两种：吸收光谱和发射光谱，电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱
属于发射光谱，而电子从基态跃迁到激发态时会吸收能量，产生吸收光谱，所以电子在激发态和基态之间
的相互跃迁都会产生原子光谱，A 错误；B 项，丁达尔效应是胶体的分散质微粒对光线发生散射产生的，
与原子核外电子的跃迁无关，B 错误；C 项，原子的电子吸收一定的能量后，由低能级跃迁至较高能级，
属于物理变化，C 错误；D 项，不同的原子在电子发生跃迁时，吸收或发射的光谱不同，所以现代化学中
常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，D 正确；故选D。
思维建模 基态、激发态与原子光谱
【变式训练1·变载体】下列关于同一原子的基态和激发态的说法中，正确的是 ( )
A．基态时的能量比激发态时高 B．激发态时比较稳定
C．由基态转化为激发态过程中吸收能量 D．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
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【答案】C
【解析】原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B 不正确；电子从基态跃迁到较高能量的激发
态时，也会产生原子光谱，D 不正确。
【变式训练1·变考法】(2025·上海市华东师大附中高二检)钠在火焰上灼烧产生的黄光是一种( )
A．原子吸收光谱 B．原子发射光谱 C．原子释放光谱 D．原子激发光谱
【答案】B
【解析】金属钠灼烧后吸收能量，电子由基态跃迁到高能级变为激发态，从激发态返回基态时释放能
量，释放的能量以黄光(辐射)的形式体现，为发射光谱，故选B。
【【变式训练3·变题型】硅原子的核外电子排布式由1s22s22p63s23p2转变为1s22s22p63s13p3，下列有关
该过程的说法正确的是( )
A．硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量
B．硅原子由激发态转化为基态，这一过程释放能量
C．硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量
D．转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学性质相同
【答案】A
【解析】硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量，则其处于激发态时的能量高于基态时的能
量，故A 项正确，B、C 项错误；转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构不相同，因为基态磷原子的最
外层排布式为3s23p3，化学性质也不相同，D 项错误。
1．(2025·江苏卷，2，3 分)科学家通过核反应
发现氚
。下列说法正确的是(
)
A．
表示一个质子
B．
的基态原子核外电子排布式为
C．
与
互为同位素
D．
的原子结构示意图为
【答案】C
【解析】A 项，
质量数为1，质子数为0，中子数为1，因此其表示一个中子，A 错误；B 项，
的基态原子核外电子排布式为
，B 错误；C 项，质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互
称为同位素，
与
质子数相同、中子数不同，二者互为同位素，C 正确；D 项，
原子核外只有2
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个电子，原子结构示意图为
，D 错误。故选C。
2．(2025·浙江1 月卷，2，3 分)下列化学用语表示不正确的是( )
A．基态S 原子的电子排布式：2s22p4 B．质量数为14 的碳原子：
14
6C
C．乙烯的结构简式：CH2=CH2 D．
的电子式：
【答案】A
【解析】A 项，硫原子质子数为16，位于第三周期ⅥA 族，基态S 原子的电子排布式：
1s22s22p63s23p4，A 错误；B 项，碳原子质子数为6，质量数为14 的碳原子表示为：
14
6C，B 正确；C 项，
乙烯的官能团是碳碳双键，结构简式为：CH2=CH2，C 正确；D 项，水是共价化合物，水分子中O 原子是
中心原子，电子式为
，D 正确；故选A。
3．(2025·北京卷，2，3 分)下列化学用语或图示表达不正确的是( )
A．乙醇的分子模型：
B．BF3的VSEPR 模型：
C．S 的原子结构示意图：
D．基态30Zn 原子的价层电子排布式：3d104s2
【答案】C
【解析】A 项，乙醇的结构简式为CH3CH2OH，分子模型为：
，A 正确；B．BF3分子
中B 原子的价层电子对数为3+
(3-1×3)=3，无孤电子对，其空间构型和VSEPR 模型均为平面三角形，B
正确；C 项，S 的原子有16 个电子，结构示意图
，C 错误；D 项，锌是30 号元素，基态原子
的电子排布式为[Ar] 3d104s2，价电子排布式为3d104s2，D 正确；故选C。
4．(2025·陕晋宁青卷，2，3 分)下列化学用语或图示表达正确的是( )
A．CS2的电子式为
B．基态Be 原子的价电子排布式为2s22p2
C．C2H2的球棍模型为
D．反-2-丁烯的结构简式为
【答案】A
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【解析】A 项，CS2与CO2结构类似，电子式为
，A 正确；B 项，Be 是4 号元素，
基态Be 原子的价电子排布式为2s2，B 错误；C 项，乙炔的球棍模型为
，图中表示乙
炔的空间填充模型，C 错误；D 项，．反-2-丁烯的分子中，两个甲基位于双键的不同侧，结构简式是
，D 错误；故选A。
5．(2025·甘肃卷，2，3 分)马家窑文化遗址出土了大量新石器时代陶制文物，陶制文物的主要成分为
硅酸盐，下列有关表述错误的是( )
A．基态Si 原子的价层电子排布图：
B．
的同位素
可作为有机反应示踪原子
C．
的电子式为：
D．
的球棍模型为：
【答案】D
【解析】A 项，Si 为14 号元素，其基态价电子排布式为3s23p2，故其基态价电子排布图为
，A 项正确；B 项，
16O 和
18O 为氧元素的两种同位素，
18O 常用作同位素标记，可作
为有机反应的示踪原子，B 项正确；C 项，SiCl4为分子晶体，Si 与Cl 形成一对共用电子对，故SiCl4的电
子式为
，C 项正确；D 项，SiO2为共价晶体，其球棍模型应为立体网状结构，
不能
表示SiO2，D 项错误；故选D。
6．(2025·江苏卷，5，3 分)下列说法正确的是( )
A．硫黄有S2、S4、S2-等多种同素异形体
B．高温下青蒿素分子结构稳定
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C．NH3分子中H-N-H 键角大于CH4分子中H-C-H 键角
D．题图所示的碱基鸟嘌呤与胞嘧啶通过氢键互补配对
【答案】D
【解析】A 项，同素异形体是同种元素形成的不同单质间的互称，S2-是离子不是单质，A 错误；B 项，
根据信息可知青蒿素中含有—O—O—，类比双氧水的分子结构可知其不稳定，高温条件下易分解，B 错
误；C 项，NH3中心原子N 原子价层电子对数为
，采用sp3杂化，孤电子对数为1，CH4
中心原子C 原子价层电子对数为
，采用sp3杂化，孤电子对数为0，中心原子杂化方式
相同时，孤电子对数越多，孤电子对对成键电子对的排斥力越大，键角越小，则NH3分子中H—N—H 键
角小于CCl4分子中H—C—H 键角，C 错误；D 项，鸟嘌呤、胞嘧啶中含有-NH-、-NH2、O 原子、N 原子，
可形成氢键，从而实现互补配对，如图所示：
，D 正确；故选D。
7．(2025·浙江1 月卷，17)磷是生命活动中不可或缺的元素。请回答：
(1)关于ⅤA 族元素原子结构的描述，下列说法正确的是_______。
A．基态P 原子3p 轨道上的电子自旋方向相同 B．As3+的最外层电子数为18
C．P3+的半径小于P5+的半径 D．电子排布为[Ne]3s13p4的P 原子处于激发态
【答案】(1)AD
【解析】(1)A 项，基态P 原子价电子排布式为3s23p3，根据洪特规则，3p 轨道上的3 个电子自旋方向
相同，故A 正确；B 项，基态As 原子价电子排布式为4s24p3，As3+的价电子排布式为4s2，最外层电子数
为2，故B 错误；C 项，P3+比P5+多一个电子层，所以P3+的半径大于P5+的半径，故C 错误；D 项，基态P
原子的电子排布式为[Ne]3s23p3的，电子排布为[Ne]3s13p4的P 原子处于激发态，故D 正确；选AD。
8．(2025·北京卷，15)通过MgCl2和[Mg(NH3)6]Cl2的相互转化可实现NH3的高效存储和利用。(1)将Mg
的基态原子最外层轨道表示式补充完整： 。
【答案】(1)
【解析】(1)Mg 是第12 号元素，其基态最外层电子的电子排布式为3s2，故其基态原子最外层轨道表
示式为：
。
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